JPH10125831A - Heat sink radiation fin - Google Patents

Heat sink radiation fin

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JPH10125831A
JPH10125831A JP8276117A JP27611796A JPH10125831A JP H10125831 A JPH10125831 A JP H10125831A JP 8276117 A JP8276117 A JP 8276117A JP 27611796 A JP27611796 A JP 27611796A JP H10125831 A JPH10125831 A JP H10125831A
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JP
Japan
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bottom plate
heat
chip
fin
aluminum
Prior art date
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Application number
JP8276117A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayasu Kojima
正康 小嶋
Chihiro Hayashi
千博 林
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat sink radiation fin which is easily machined at fabrication, light in wt. and usable by directly mounting it on a chip. SOLUTION: A fin comprises a flat bottom plate 30 and a radiator 9 disposed on one side thereof. The radiator is made of Al, and flat bottom plate is a clad plate having an Al layer and metal layer having a low linear expansion coefficient. At least the lower face of the bottom plate 30 is an Al layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、LSI(大規模集
積回路)チップに装着してチップを冷却するためのヒー
トシンク放熱フィン(以下放熱フィンと記す)に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink radiator fin (hereinafter referred to as a radiator fin) mounted on an LSI (Large Scale Integrated Circuit) chip for cooling the chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIパッケージ(以下、単にパッケー
ジと記す)は、チップを収納した最も基本的なエレクト
ロニクスデバイスである。
2. Description of the Related Art An LSI package (hereinafter simply referred to as a package) is the most basic electronic device containing a chip.

【0003】図4は、代表的なプラスチック製ボールグ
リッドアレイ型パッケージ(以下、BGAパッケージと
記す)の例を示し、(a)は断面図、(b)は平面図で
ある。チップ2はエポキシ樹脂板1に接着されており、
チップ2と樹脂板1上の外部端子となるハンダボール4
は、ボンディングワイヤ5および樹脂板1上の導電回路
(図示せず)を介して電気的に続され、全体がエポキシ
樹脂3で封着されている。ハンダボール4は、図4
(b)に示すように樹脂板1の下面に規則的に配列され
ており、プリント基板(図示せず)に実装される。
FIGS. 4A and 4B show an example of a typical plastic ball grid array type package (hereinafter, referred to as a BGA package), wherein FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. The chip 2 is bonded to the epoxy resin plate 1,
Solder balls 4 serving as external terminals on chip 2 and resin plate 1
Are electrically connected via a bonding wire 5 and a conductive circuit (not shown) on the resin plate 1, and are entirely sealed with the epoxy resin 3. The solder ball 4 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2B, they are regularly arranged on the lower surface of the resin plate 1 and mounted on a printed circuit board (not shown).

【0004】ところで、演算処理速度の向上のためにチ
ップの集積度は年々向上しており、それとともにチップ
の発熱による誤動作やパッケージの破壊などのトラブル
が問題となってきている。
Meanwhile, the degree of integration of chips has been improving year by year in order to improve the processing speed, and at the same time, problems such as malfunction due to heat generation of the chips and breakage of the package have become a problem.

【0005】チップの温度上昇を抑制する対策として最
も広く採用されているのが、パッケージにヒートシンク
放熱フィンを装着して、自然空冷あるいはファンによる
強制空冷によりチップから抜熱する方法である。
The most widely adopted measure for suppressing the temperature rise of the chip is to mount heat sink fins on the package and remove the heat from the chip by natural air cooling or forced air cooling by a fan.

【0006】図5〜図7は、放熱フィンの代表的な例を
示す。
FIGS. 5 to 7 show typical examples of the radiation fins.

【0007】5図は、チャンネル型放熱フィン6(以
下、チャンネルフィンと記す)の一例を示し、(a)は
平面図、(b)は正面図である。放熱部となる高さh、
厚さtの多数の放熱板6aが厚さTの底板部6bに間隙
gをとり垂直に設けられている。底板部7の平面寸法W
1×W2は、通常はパッケージの平面寸法と略々同一であ
る。
FIGS. 5A and 5B show an example of a channel type heat radiation fin 6 (hereinafter, referred to as a channel fin), wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a front view. The height h that becomes the heat radiation part,
A number of heat radiating plates 6a having a thickness t are provided vertically with a gap g in a bottom plate portion 6b having a thickness T. Plane dimension W of bottom plate 7
1 × W 2 is usually substantially the same as the planar dimension of the package.

【0008】6図は、ピン型放熱フィン7(以下、ピン
フィンと記す)の一例を示し、(a)は平面図、(b)
は正面図である。放熱部となる高さh、太さd1×d2
多数の放熱ピン7aが厚さTの底板部6に間隙g1、g2
で垂直に林立している。放熱ピン7aの断面は、円形な
どの場合もある。
FIGS. 6A and 6B show an example of a pin-type heat radiation fin 7 (hereinafter, referred to as a pin fin), wherein FIG. 6A is a plan view and FIG.
Is a front view. A large number of radiating pins 7a having a height h and a thickness d 1 × d 2 serving as radiating portions are provided with gaps g 1 and g 2 in the bottom plate 6 having a thickness T.
Standing vertically in the. The cross section of the heat radiation pin 7a may be circular or the like.

【0009】図7は、特願平7−91525号明細書に
記載したコルゲート型放熱フィン8(以下、コルゲート
フィンと記す)の例を示し、(a)は平面図、(b)は
正面図である。放熱部となる薄板厚の波形放熱板8aと
底板8bが、ろう付けで接合されている。これら放熱フ
ィンの材質は、軽量性と経済性等の観点からアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金(以下両者をアルミニウム
と総称する)が一般的であるが、熱伝導性を重視して銅
あるいは銅合金(以下両者を銅と総称する)で製造され
る場合もある。
FIG. 7 shows an example of a corrugated radiating fin 8 (hereinafter referred to as a corrugated fin) described in Japanese Patent Application No. 7-91525. FIG. 7A is a plan view, and FIG. It is. A thin wave-shaped heat radiation plate 8a serving as a heat radiation part and a bottom plate 8b are joined by brazing. Aluminum or an aluminum alloy (hereinafter, both are collectively referred to as aluminum) is generally used as a material of these heat radiation fins from the viewpoint of lightness, economy, and the like. Are collectively referred to as copper).

【0010】図8は、ピンフィン7を取り付けたBGA
パッケージ10の一例を示し、(a)は断面図、(b)
は平面図である。このピンフィン7はBGAパッケージ
のエポキシ樹脂板11の上面に伝熱性の接着層14で接
合されている。チップ2は、樹脂板11の下面に伝熱性
の接着層16で接合され、樹脂板11のチップ搭載部に
は半田などを埋めたサーマルビア15と呼ばれる貫通孔
が設けられている。チップ2と樹脂板13上の外部端子
となるハンダボール4はボンディングワイヤ5および導
電回路(図示せず)を介して電気的に続され、チップ2
を収納した額縁状のエポキシ樹脂板12、13の内部は
注入エポキシ樹脂17で封着されている。 チップ2か
らの熱は、サーマルビア15を通って底板6に伝わり、
放熱ピン7aから放散される。
FIG. 8 shows a BGA with pin fins 7 attached.
1A shows an example of a package 10, in which FIG.
Is a plan view. The pin fins 7 are joined to the upper surface of the epoxy resin plate 11 of the BGA package by a heat conductive adhesive layer 14. The chip 2 is bonded to the lower surface of the resin plate 11 with a heat conductive adhesive layer 16, and a through hole called a thermal via 15 buried with solder or the like is provided in a chip mounting portion of the resin plate 11. The chip 2 and the solder balls 4 serving as external terminals on the resin plate 13 are electrically connected via bonding wires 5 and conductive circuits (not shown).
The inside of the frame-shaped epoxy resin plates 12 and 13 in which is stored is sealed with an injected epoxy resin 17. The heat from the chip 2 is transmitted to the bottom plate 6 through the thermal via 15,
The heat is radiated from the heat radiation pin 7a.

【0011】図9は、ピンフィン7を取り付けた他のB
GAパッケージ18の例を示し、(a)は断面図、
(b)は平面図である。このピンフィン7は、パッケー
ジ18のヒートスプレッダ19の上面に伝熱性の接着層
22で接合されている。ヒートスプレッダ19は、チッ
プ2からの熱をピンフィン7に伝えるのが役割であり、
熱伝導性に優れた銅あるいは銅合金などで製作され、額
縁状のエポキシ樹脂板20に接合されている。エポキシ
樹脂板20の内部に収納されたチップ2は、エポキシ樹
脂板20に接合された額縁状エポキシ樹脂板21の下面
の外部端子であるハンダボール4と、ボンディングワイ
ヤ5および導電回路(図示せず)を介して電気的に接続
され、注入エポキシ樹脂23で封着されている。チップ
2とヒートスプレッダ19の下面の間にはグリース状の
サーマルコンパウンド24が挟まれている。
FIG. 9 shows another B having pin fins 7 attached thereto.
7A shows an example of a GA package 18, and FIG.
(B) is a plan view. The pin fins 7 are joined to the upper surface of the heat spreader 19 of the package 18 by a heat conductive adhesive layer 22. The function of the heat spreader 19 is to transmit heat from the chip 2 to the pin fins 7,
It is made of copper or copper alloy having excellent thermal conductivity and is joined to a frame-shaped epoxy resin plate 20. The chip 2 housed inside the epoxy resin plate 20 includes a solder ball 4 as an external terminal on the lower surface of the frame-shaped epoxy resin plate 21 joined to the epoxy resin plate 20, a bonding wire 5, and a conductive circuit (not shown). ) And are sealed with the injected epoxy resin 23. A grease-like thermal compound 24 is interposed between the chip 2 and the lower surface of the heat spreader 19.

【0012】サーマルコンパウンド24を用いるのは、
チップ2をヒートスプレッダ19に接着材で強固に接合
すると、シリコン製のチップ2の線膨張係数(2〜3×10
-6/K)と銅あるいは銅合金製のヒートスプレッダ19の
線膨張係数(約17×10-6/K)の差があまりに大きく、熱
応力によってチップ2が破壊されてしまうからである。
すなわち、サーマルコンパウンド24には、線膨張差を
吸収する緩衝材としての役割がある。もちろん、金属製
のヒートスプレッダ19とチップ2を電気的に絶縁する
役割もある。なお、ヒートスプレッダ19を銅を含浸さ
せたタングステン製にすれば、線膨張係数(約 5×10-6
/k)がシリコンに近づき、熱伝導性も確保できるので、
チップをヒートスプレッダに直接的に接合できることが
知られている。 しかしながら、タングステンの比重
(約19)が極めて大きく、パッケージの重量がかさんで
しまうので、電子機器の軽量化の趨勢に適合し得ない。
また、タングステンの加工が難しく、経済的に製造でき
ないことも大きな障害である。 ヒートシンク放熱フィ
ンをチップに直接的に接着固定できれば、BGAパッケ
ージを構成する部品点数が大幅に減少し、かつ小型で高
性能の放熱フィンが実現できる。
The use of the thermal compound 24
When the chip 2 is firmly bonded to the heat spreader 19 with an adhesive, the linear expansion coefficient (2 to 3 × 10
This is because the difference between the linear expansion coefficient (about 17 × 10 −6 / K) of the heat spreader 19 made of copper or a copper alloy is so large that the chip 2 is broken by thermal stress.
That is, the thermal compound 24 has a role as a buffer material for absorbing a difference in linear expansion. Of course, there is also a role of electrically insulating the metal heat spreader 19 and the chip 2. If the heat spreader 19 is made of tungsten impregnated with copper, the linear expansion coefficient (about 5 × 10 −6)
/ k) comes closer to silicon and also has thermal conductivity.
It is known that chips can be directly joined to a heat spreader. However, since the specific gravity of tungsten (about 19) is extremely large and the weight of the package increases, it cannot be adapted to the trend of reducing the weight of electronic devices.
Another difficulty is that tungsten is difficult to process and cannot be manufactured economically. If the heat sink fins can be directly bonded and fixed to the chip, the number of components constituting the BGA package can be greatly reduced, and a small, high-performance fin can be realized.

【0013】図10は、Ball Grid Array Technology(M
cGraw-Hill,Inc.) 198頁に記載されているところの放熱
フィン50を直接取り付けたBGAパッケージ25の概
念図を示す。(a)は断面図、(b)は平面図である。
FIG. 10 is a diagram showing the Ball Grid Array Technology (M
cGraw-Hill, Inc.) is a conceptual diagram of a BGA package 25 directly attached with a radiation fin 50 described on page 198. (A) is a sectional view, and (b) is a plan view.

【0014】パッケージ25に収納されたチップ2´の
周縁部は注入エポキシ樹脂27で封着されているが、上
面は露出しており、その面に接着層28で放熱フィン5
0が接合されている。チップ2´の下面にはPb、Sn
やAuの多数のバンプ29が設けられている。
The periphery of the chip 2 'housed in the package 25 is sealed with an epoxy resin 27, but the upper surface is exposed.
0 is joined. Pb, Sn on the lower surface of the chip 2 '
And a large number of bumps 29 of Au.

【0015】図8、図9の場合とは逆に、チップの回路
がボンディングされる側の面に設けられているので、フ
リップチップとも呼ばれる。バンプ29は、エポキシ樹
脂板26の上面の接続端子(図示せず)にボンディング
される。ワイヤレスボンディングされるので、伝送時間
の短縮やボンデング 時間の短縮が可能である。これら
接続端子と樹脂板26の下面のハンダボール4とは電気
的に導通している。チップ2の下面全体を利用してボン
ディングが行われ、しかも樹脂板26の下面全体にハン
ダボール4を配置できるので、パッケージ25の外形寸
法は図8のパッケージ10、図9のパッケージ18より
も小さくすることが可能で、チップサイズパッケージと
も呼ばれる。
In contrast to the case of FIGS. 8 and 9, since the chip circuit is provided on the surface on the side to be bonded, it is also called a flip chip. The bump 29 is bonded to a connection terminal (not shown) on the upper surface of the epoxy resin plate 26. Since the wireless bonding, it is possible to reduce the shortening bonderizing Lee ing time of transmission time. These connection terminals and the solder balls 4 on the lower surface of the resin plate 26 are electrically connected. Since bonding is performed using the entire lower surface of the chip 2 and the solder balls 4 can be arranged on the entire lower surface of the resin plate 26, the outer dimensions of the package 25 are smaller than those of the package 10 of FIG. It is also called a chip size package.

【0016】しかし、図10に示されている放熱フィン
付きBGAパッケージは、従来知られているアルミニウ
ム製あるいは銅製の放熱フィンを用いては実現すること
はできない。すなわち、シリコン製のチップ2´の線熱
膨張係数と放熱フィン50の線熱膨張係数との差が大き
く、使用中に熱応力によってチップが破壊されてしま
う。放熱フィン50を線膨張係数がシリコンと同等の前
記した銅含浸タングステンで作製されたチップ2´を接
合することは可能であるが加工が難しいために放熱性能
が優れた形状の放熱フィン50を経済的に製造すること
ができない。また、何よりもその重量が大きいので、チ
ップ2´に負荷がかかるという問題もある。したがっ
て、このようなチップに直接放熱フィンを装着させたB
GAパッケージは実用化されていないのが現状である。
However, the BGA package with a heat radiation fin shown in FIG. 10 cannot be realized by using a conventionally known aluminum or copper heat radiation fin. That is, the difference between the linear thermal expansion coefficient of the silicon chip 2 'and the linear thermal expansion coefficient of the heat radiation fin 50 is large, and the chip is broken by thermal stress during use. Although it is possible to join the radiating fin 50 to the chip 2 ′ made of the above-mentioned copper-impregnated tungsten having a linear expansion coefficient equivalent to that of silicon, it is difficult to process the radiating fin 50, so that the radiating fin 50 having a shape excellent in heat radiation performance can be economically manufactured. Can not be manufactured in a special way. In addition, there is also a problem that a load is applied to the chip 2 'because the weight is larger than anything. Therefore, B in which a radiation fin is directly attached to such a chip
At present, the GA package has not been put to practical use.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の放熱フィンが装着されたパッケージにおいては、熱を
発生するチップと放熱フィンは直接的には接合されてい
ない。すなわち、図8のパッケージ10では樹脂板11
と接着層16、14が、また、図9のパッケージ18で
はサーマルコンパウンド24とヒートスプレッダ19と
接着層22が介在している。図8に示すパッケージ10
においては、樹脂板11に半田などを埋めたサーマルビ
ア15が伝熱のために設けられてはいるが、その断面積
が制約されるので、伝熱面積を大きくとることができな
い。さらに、二重に接着層が設けられているので、その
伝熱抵抗も問題である。
As described above, in a package in which a conventional radiating fin is mounted, a chip that generates heat and the radiating fin are not directly joined. That is, in the package 10 of FIG.
9, the thermal compound 24, the heat spreader 19, and the adhesive layer 22 are interposed in the package 18 of FIG. Package 10 shown in FIG.
In (2), a thermal via 15 in which solder or the like is buried in the resin plate 11 is provided for heat transfer, but the cross-sectional area is restricted, so that a large heat transfer area cannot be obtained. Further, since the double adhesive layer is provided, its heat transfer resistance is also a problem.

【0018】図9に示したパッケージ18においては、
銅あるいは銅合金製のヒートスプレッダ19の伝熱性は
良好であり、チップ2からの伝熱面積を大きくとれるの
で、図8のパッケージ10よりも有利である。しかしな
がら、線膨張差の緩衝を第一義的な目的としたサーマル
コンパウンド24は少なくとも0.2〜0.3mmの厚
さを必要とするので、その伝熱抵抗がある程度大きくな
ることはやむを得ない。また、サーマルコンパウンド1
5自体には強固な接合力が期待できないので、長期にわ
たって伝熱性を安定して保持するという信頼性の点でも
問題がある。以上のごとく、従来の放熱フィンが装着さ
れたパッケージにおいては、チップと放熱フィンの間に
種々のものが介在して伝熱が行われるため、放熱フィン
の冷却性能が十分には発揮し得ないという欠点があっ
た。
In the package 18 shown in FIG.
The heat spreader 19 made of copper or a copper alloy has a good heat transfer property, and the heat transfer area from the chip 2 can be increased, which is more advantageous than the package 10 of FIG. However, the thermal compound 24 whose primary purpose is to buffer the difference in linear expansion requires a thickness of at least 0.2 to 0.3 mm, so that the heat transfer resistance is inevitably increased to some extent. In addition, thermal compound 1
Since a strong bonding force cannot be expected from the material 5 itself, there is also a problem in terms of reliability of maintaining the heat conductivity stably for a long period of time. As described above, in the package in which the conventional heat dissipating fins are mounted, heat is transferred by interposing various elements between the chip and the heat dissipating fins, so that the cooling performance of the heat dissipating fins cannot be sufficiently exhibited. There was a disadvantage.

【0019】また、図10に示したパッケージに直接装
着できる放熱フィンは、前記した理由により実用化され
ていない。
Further, the radiation fin which can be directly mounted on the package shown in FIG. 10 has not been put into practical use for the above-mentioned reason.

【0020】本発明は、製造時の加工が容易で、かつ軽
量でチップに直接装着して使用することができるヒート
シンク放熱フィンを提供することを課題とする。
It is an object of the present invention to provide a heat sink fin which is easy to process at the time of manufacturing, is lightweight, and can be directly mounted on a chip for use.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】放熱フィンの底板がシリ
コンに近い線膨張係数を有し、加工が容易でかつ軽量の
放熱フィンが開発されれば、チップを薄厚(0.1mm
以下)の接着層で放熱フィンに直接接合することができ
るので、極めて効率的な冷却ができる。そればかりか、
放熱フィン付きBGAパッケージの構造を大幅に簡略化
することができ、かつ小型化することができる。
If the bottom plate of the radiating fin has a linear expansion coefficient close to that of silicon, and if a radiating fin that is easy to process and lightweight is developed, the chip can be made thin (0.1 mm).
Since it can be directly bonded to the radiation fins by the adhesive layer described below, extremely efficient cooling can be performed. Not only that,
The structure of the BGA package with heat radiation fins can be greatly simplified and downsized.

【0022】そこで、本発明者らは、そのようなヒート
シンク放熱フィンを開発すべく種々実験、検討した結
果、下記の知見を得た。
The present inventors have conducted various experiments and studies to develop such a heat sink fin and have obtained the following findings.

【0023】1)放熱フィンの材質は、加工性、電熱性
および重量の観点からアルミニウムが最適であるが、線
熱膨張係数が大きいためアルミニウムからなる放熱フィ
ン直接チップに接着して使用することはできない。しか
し、放熱フィンの底板を線熱膨張係数の小さい金属とア
ルミニウムとのクラッド板にすることにより全体の線膨
張係数を小さくし、使用時に発生するチップの破壊を防
止することができる。また、アルミニウムとのクラッド
板とすることにより、放熱フィンの重量増加が少なくな
る。
1) The material of the radiation fin is preferably aluminum from the viewpoints of workability, electric heat and weight. However, since the linear fin has a large linear thermal expansion coefficient, it is difficult to directly adhere to the radiation fin made of aluminum and use it. Can not. However, by making the bottom plate of the radiation fin a clad plate of metal and aluminum having a small coefficient of linear thermal expansion, the overall coefficient of linear expansion can be reduced, and chip breakage that occurs during use can be prevented. Further, by using a clad plate made of aluminum, the weight increase of the radiation fin is reduced.

【0024】2)チップと放熱フィンとを確実に電気絶
縁するために、放熱フィンの底板の下面部はアルミニウ
ム層にする必要がある。
2) In order to reliably electrically insulate the chip and the radiation fin, the lower surface of the bottom plate of the radiation fin needs to be made of an aluminum layer.

【0025】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、その要旨は、「平板状の底板部と、その
片面に設けられた放熱部とを有するヒートシンク放熱フ
ィンであって、放熱部がアルミニウムからなり、平板状
の底板部はアルミニウム層と低線膨張係数の金属層とを
備えたクラッド板であり、少なくとも底板部の下面部が
アルミニウム層になっていることを特徴とするヒートシ
ンク放熱フィン」ここで、アルミニウムとは純アルミニ
ウムとアルミニウム合金の両者を示すものとする。ま
た、底板部の下面部の下面とは放熱部材が設けられてい
る面と反対の面を示し、下面部とは下面を含む下面近傍
を示すものとする。
The present invention has been made based on such knowledge, and the gist of the present invention is a heat sink fin having a flat bottom plate portion and a heat radiating portion provided on one surface thereof. Wherein the flat plate-shaped bottom plate is a clad plate provided with an aluminum layer and a metal layer having a low linear expansion coefficient, and at least the lower surface of the bottom plate is an aluminum layer. Heat radiation fins "Here, aluminum refers to both pure aluminum and aluminum alloy. Further, the lower surface of the lower surface of the bottom plate portion indicates a surface opposite to the surface on which the heat radiating member is provided, and the lower surface portion indicates the vicinity of the lower surface including the lower surface.

【0026】さらに、少なくとも底板部の下面部がアル
ミニウム層になっているとは、底板部の下面部は必ずア
ルミニウム層にし、必要により底板部の放熱側の面を含
むその近傍(以下底板の上面部と記す)をもアルミニウ
ム層にすることを意味する。本発明者らは、チップを放
熱フィンに直接接合するためには、熱応力によってチッ
プが破壊されるのを防止するため、放熱フィンの底板の
線膨張係数をシリコンの線膨張係数に近づけることに着
目した。
Further, the expression that at least the lower surface portion of the bottom plate portion is an aluminum layer means that the lower surface portion of the bottom plate portion is always an aluminum layer, and its vicinity including the heat radiation side surface of the bottom plate portion as required (hereinafter referred to as the upper surface of the bottom plate portion). Means to be an aluminum layer. In order to prevent the chip from being destroyed by thermal stress, the present inventors set the linear expansion coefficient of the bottom plate of the heat radiation fin close to the linear expansion coefficient of silicon in order to directly join the chip to the heat radiation fin. I paid attention.

【0027】先に示したようにシリコンの線膨張係数は
2〜3×10-6/Kである。一方、放熱フィンに用いら
れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の線膨張係
数はおよそ23×10-6/K、銅あるいは銅合金の線膨
張係数はおよそ17×10-6/Kであり、シリコンとの
線膨張係数の差はあまりにも大きい。そこで、10〜2
5mm角の各種サイズのチップを線膨張係数が異なる各
種の金属に接着固定し、室温から高集積度のチップが到
達すると想定される150℃程度までの温度範囲で熱膨
張試験を実施し、チップを破壊せしめない限界の線膨張
係数について実験を行った。
As described above, the coefficient of linear expansion of silicon is 2-3 × 10 −6 / K. On the other hand, the linear expansion coefficient of aluminum or an aluminum alloy used for the radiation fin is about 23 × 10 −6 / K, and the linear expansion coefficient of copper or a copper alloy is about 17 × 10 −6 / K. The difference between the coefficients is too large. Therefore, 10-2
A chip of various sizes of 5 mm square is bonded and fixed to various metals having different linear expansion coefficients, and a thermal expansion test is performed in a temperature range from room temperature to about 150 ° C. at which a highly integrated chip is expected to reach. An experiment was performed on the critical coefficient of linear expansion that would not cause the fracture.

【0028】その結果、線膨張係数が9×10-6/K以
下であれば15mm角までのチップが破壊されず、ま
た、7×10-6/K以下であれば25mm角までのチッ
プが破壊されないことを見出した。次いで、放熱フィン
の底板を低線膨張係数とする共に軽量性を損なわない放
熱フィンの構造について幾多の試作実験を重ねた。
As a result, when the linear expansion coefficient is 9 × 10 −6 / K or less, a chip up to 15 mm square is not broken, and when the coefficient of linear expansion is 7 × 10 −6 / K or less, a chip up to 25 mm square is not broken. I found that it would not be destroyed. Next, a number of trial production experiments were conducted on the structure of the heat radiation fin, which has a low linear expansion coefficient as the bottom plate of the heat radiation fin and does not impair the lightness.

【0029】その結果、アルミニウムと線膨張係数が小
さい金属とをクラッド構造とすることにより目的とする
特性が得られるとの知見を得た。もちろん、銅あるいは
銅合金と線膨張係数が小さい材料との組み合わせでも可
能であるが、電子部品の軽量化の観点からはアルミニウ
ムとの組み合わせとした。
As a result, it has been found that desired characteristics can be obtained by forming a clad structure of aluminum and a metal having a small linear expansion coefficient. Of course, a combination of copper or a copper alloy with a material having a small coefficient of linear expansion is also possible, but from the viewpoint of reducing the weight of electronic components, a combination with aluminum was used.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明のヒートシンク放熱
フィンにおいて規定した各条件について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, each condition defined in the heat sink fin of the present invention will be described.

【0031】1)放熱部材にアルミニウムを用いる理由 アルミニウムは加工が容易であり、伝熱性に優れ、軽量
かつ経済的であり放熱フィンに好適な材料であるため、
放熱部材はアルミニウムとした。また、アルミニウムは
アルマイト処理によって優れた耐食性が得られると同時
に、黒あるいは白などの色調が得られるという利点があ
る。
1) Reason for using aluminum for the heat radiation member Aluminum is easy to process, has excellent heat conductivity, is lightweight and economical, and is a material suitable for heat radiation fins.
The heat radiation member was aluminum. Further, aluminum has an advantage that excellent corrosion resistance can be obtained by alumite treatment, and at the same time, a color tone such as black or white can be obtained.

【0032】2)底板部をアルミニウム層と低線膨張係
数の金属層のクラッド板にする理由 放熱フィンの底板部部の下面部、必要により上面は下記
3)で述べる理由によりアルミニウム層としなければな
らない。しかし、アルミニウムは線膨張係数が大きいの
で、線膨張係数の小さい金属とクラッド板とすることに
より、底板部全体の線膨張係数をチップが熱応力で破壊
されない程度の大きさにするためである。
2) The reason why the bottom plate is made of an aluminum layer and a metal layer having a low linear expansion coefficient is a clad plate. The lower surface of the bottom plate of the radiation fin, and if necessary, the upper surface must be an aluminum layer for the reasons described in 3) below. No. However, since aluminum has a large coefficient of linear expansion, a metal having a small coefficient of linear expansion and a clad plate are used so that the coefficient of linear expansion of the entire bottom plate is set to such a size that the chip is not broken by thermal stress.

【0033】低線膨張係数の金属とは、アルミニウムと
低線膨張係数の金属とのクラッド板の底板部にした場合
に、室温から150℃までにおけるその底板の線膨張係
数が9×10-6/K以下にすることのできる金属をい
い、好ましくは7×10-6/K以下にすることのできる
金属である。このような線熱膨張係数にしておけば実用
的には問題がない。
The metal having a low linear expansion coefficient means that when the bottom plate portion of a clad plate of aluminum and a metal having a low linear expansion coefficient is used, the linear expansion coefficient of the bottom plate from room temperature to 150 ° C. is 9 × 10 −6. / K or less, preferably a metal that can be reduced to 7 × 10 −6 / K or less. There is no practical problem if such a linear thermal expansion coefficient is set.

【0034】底板部の線膨張係数をチップの線膨張係数
に近づけるほど破壊の危険性はなくなることはいうまで
もない。
Needless to say, the risk of destruction disappears as the coefficient of linear expansion of the bottom plate approaches the coefficient of linear expansion of the chip.

【0035】なお、底板部全体の線膨張係数を上記のよ
うにするために、低線膨張係数の金属の線膨張係数をい
くらにすればよいかは、底板部に設けるアルミニウム層
の厚さにより異なるので、特に規定するものではない。
In order to make the linear expansion coefficient of the entire bottom plate portion as described above, what should be the linear expansion coefficient of the metal having a low linear expansion coefficient depends on the thickness of the aluminum layer provided on the bottom plate portion. Since they are different, they are not specified.

【0036】底板部全体の線膨張係数を上記のようなレ
ベルにするためには、クラッド板を構成する低線膨張率
の金属の線膨張係数が、アルミニウムのそれよりも小さ
いことが必要であることはいうまでもない。低線膨張率
の金属の線膨張係数が小さければ小さいほど底板部の厚
さにしめるアルミニウム層の厚さ比率を大きくすること
ができるので、放熱フィンの全重量を小さくすることが
できる。
In order for the linear expansion coefficient of the entire bottom plate portion to be at the above level, the metal having a low linear expansion coefficient constituting the clad plate needs to have a smaller linear expansion coefficient than that of aluminum. Needless to say. The smaller the coefficient of linear expansion of a metal having a low coefficient of linear expansion, the greater the ratio of the thickness of the aluminum layer to the thickness of the bottom plate portion, so that the total weight of the radiation fins can be reduced.

【0037】低線膨張係数の金属としては、35〜36
重量%のNiを含有する鉄合金がよく、36Ni−Fe
合金(インバー)の150℃までの平均線膨張係数はお
よそ1.2×10-6/K、36Ni−4Co−Fe合金
(スーパーインバー)の150℃までの平均線膨張係数
はおよそ0.6×10-6/Kである。
As a metal having a low coefficient of linear expansion, 35 to 36
An iron alloy containing Ni in the range of 36% by weight is preferable.
The average linear expansion coefficient of the alloy (Invar) up to 150 ° C. is about 1.2 × 10 −6 / K, and the average linear expansion coefficient of the 36Ni-4Co—Fe alloy (Super Invar) up to 150 ° C. is about 0.6 ×. 10 −6 / K.

【0038】なお、従来の放熱フィンに対し、本発明の
放熱フィンは、放熱部とチップ間に低線膨張係数の金属
層が介在することになるが、熱伝導性は良いので、放熱
特性にはほとんど影響をおよぼさない。
In contrast to the conventional radiation fin, the radiation fin of the present invention has a low linear expansion coefficient metal layer between the radiation part and the chip. Has little effect.

【0039】3)底板部の下面部をアルミニウム層にす
る理由 底板部の下面部をアルミニウム層にするのは、アルマイ
ト処理によって耐食性を高めると同時に、チップと放熱
フィンの間の電気絶縁性を得るためである。
3) The reason why the lower surface of the bottom plate is made of an aluminum layer The lower surface of the bottom plate is made of an aluminum layer because the alumite treatment enhances the corrosion resistance and at the same time, obtains the electrical insulation between the chip and the radiation fins. That's why.

【0040】また、アルミニウム製の放熱部の熱膨張に
よって、チップに有害な底板部の反りが大きくなること
を抑制する目的もある。
Another object of the present invention is to suppress an increase in the warpage of the bottom plate, which is harmful to the chip, due to the thermal expansion of the aluminum radiator.

【0041】4)必要により底板部の上面もアルミニウ
ム層にする理由 底板部の上面にアルミニウム層を設けるのは、アルマイ
ト処理による耐食性あるいは色調を付与するためであ
る。また、アルミニウム製の放熱部および底板部下面の
アルミニウム層の線膨張のバランスによっては底板部の
反りを抑制するという役割もある。耐食性あるいは色調
の付与のみが目的である場合には、底板の上面にはアル
ミニウム層は必ずしもなくてもよく、例えば塗装などに
よって行ってもよい。
4) The reason why the upper surface of the bottom plate is also made of an aluminum layer if necessary The aluminum layer is provided on the upper surface of the bottom plate in order to impart corrosion resistance or color tone by alumite treatment. Further, depending on the balance between the linear expansion of the aluminum heat radiating portion and the aluminum layer on the bottom surface of the bottom plate portion, the bottom plate portion also has a role of suppressing warpage. When only the purpose of imparting the corrosion resistance or the color tone is intended, the upper surface of the bottom plate may not necessarily have the aluminum layer, and may be formed by, for example, painting.

【0042】なお、アルミニウムからなる放熱部材を底
板にろう付けして放熱フィンとなす場合には、底板の上
面にもアルミニウム層を設けておくとろう付けが簡単で
ある。この場合には、底板の上面にアルミニウム合金ろ
うを設けておくか、放熱部材のろう付け面にアルミニウ
ムろうの層を有する片面ブレージングシートにしておけ
ばよい。
When a heat dissipating member made of aluminum is brazed to the bottom plate to form a heat dissipating fin, it is easy to braze by providing an aluminum layer also on the upper surface of the bottom plate. In this case, an aluminum alloy brazing may be provided on the upper surface of the bottom plate, or may be a single-sided brazing sheet having a layer of aluminum brazing on the brazing surface of the heat dissipation member.

【0043】底板の周縁に露出する低膨張金属の部位の
色調を他に合わせる必要がある場合には、塗装処理など
の手段を講ずればよい。
When it is necessary to adjust the color tone of the low expansion metal portion exposed on the peripheral edge of the bottom plate to another, a means such as a coating treatment may be taken.

【0044】本発明の放熱フィンにおける放熱部は、ピ
ンフィン、チャンネルフィンおよびコルゲートフィン等
どのような形状であってもよい。特にコルゲートフィン
は軽量であるので好ましい。
The heat dissipating portion of the heat dissipating fin of the present invention may have any shape such as a pin fin, a channel fin, and a corrugated fin. In particular, corrugated fins are preferable because they are lightweight.

【0045】また、底板のクラッド板の製造方法は、ア
ルミニウムと低線膨張金属とを重ね合わせて熱間または
温間にて圧延する方法が好ましい。このようにして製造
することにより両金属の界面で金属拡散が生じ、強固に
金属接合されるからである。以下、本発明の放熱フィン
の具体例について説明する。
The method for producing the clad plate of the bottom plate is preferably a method in which aluminum and a low linear expansion metal are superposed and rolled hot or warm. This is because, by manufacturing in this way, metal diffusion occurs at the interface between the two metals, and the metal is firmly joined. Hereinafter, specific examples of the radiation fin of the present invention will be described.

【0046】図1は、本発明の放熱フィンの一例を示
し、放熱部にコルゲートフィンを用い、底板の上面およ
び下面部がアルミニウム層になっている放熱フィンで、
(a)は平面図、(b)は正面図および(c)は底板3
0の部分拡大図である。
FIG. 1 shows an example of a radiating fin according to the present invention. The radiating fin has a corrugated fin as a radiating portion, and an upper surface and a lower surface of a bottom plate are aluminum layers.
(A) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a bottom plate 3.
It is the elements on larger scale of 0.

【0047】放熱部は図7に示したコルゲートフィン9
と同じであり、波形放熱板9と底板30がろう付けで接
合されている。図1(c)に示すように底板30は、底
板の上下面部がアルミニウム層32、33からなり、こ
れらアルミニウム層により低膨張金属層31がサンドイ
ッチ状に挟まれた構成となっている。
The heat radiating portion is a corrugated fin 9 shown in FIG.
And the corrugated radiator plate 9 and the bottom plate 30 are joined by brazing. As shown in FIG. 1C, the bottom plate 30 has a structure in which upper and lower surfaces of the bottom plate are made of aluminum layers 32 and 33, and the low expansion metal layer 31 is sandwiched between these aluminum layers.

【0048】底板の上下面部層32、33の厚さの合計
(td′+te′)と線膨張係数および低膨張金属層31
の厚さ tc′と線膨張係数によって、底板30の下面部
に平行な方向の線膨張係数が調整できる。
The total thickness (td '+ te') of the upper and lower layers 32 and 33 of the bottom plate, the linear expansion coefficient and the low expansion metal layer 31
The coefficient of linear expansion in the direction parallel to the lower surface of the bottom plate 30 can be adjusted by the thickness tc 'and the coefficient of linear expansion.

【0049】アルミニウム層32には波形放熱板9の底
部9aがろう付けされるので、この部分の線膨張によっ
て温度上昇時の底板30に有害な反りが発生しないよう
に、底板上下面部層32、33の厚さtd′、te′の比
を調整する。前述のように、上下面部層32、33は、
アルマイト処理によって底板30の表面に耐食性と電気
絶縁性を付与するのが目的である。また、上面層32に
はアルミニウムからなる波形放熱板9をろう付けする役
割もある。
Since the bottom portion 9a of the corrugated heat radiating plate 9 is brazed to the aluminum layer 32, the bottom plate upper and lower surface layer layers 32, The ratio of the thicknesses td 'and te' of the 33 is adjusted. As described above, the upper and lower surface layers 32 and 33 are
The purpose is to impart corrosion resistance and electrical insulation to the surface of the bottom plate 30 by alumite treatment. Further, the upper surface layer 32 also has a role of brazing the corrugated heat sink 9 made of aluminum.

【0050】なお、低膨張金属層31に直接波形放熱板
19をろう付けできる場合には上面層32は必ずしも必
要ではないが、アルマイト処理に替わる耐食処理が必要
となる場合もある。上面層(32をろう付けに利用する
場合には、これをアルミニウム合金ろうで製造しておけ
ば、波形放熱板9のろう付けを能率的に行うことができ
る。もちろん、前述のように波形放熱板9の接合する側
の面にアルミニウム合金ろうを設けておいてもよい。図
2は、本発明の放熱フィンの他の例で、放熱部にピンフ
ィンを用いた例である。同図(a)は平面図、(b)は
正面図および(c)は底板部34の部分拡大図である。
ピンフィンは、図6で示した従来のピンフィンと同じで
あり、アルミニウムからなる放熱ピン8が底板部34と
一体になっており規則的に林立している。
When the corrugated heatsink 19 can be directly brazed to the low expansion metal layer 31, the upper surface layer 32 is not always necessary, but a corrosion-resistant treatment may be required instead of the alumite treatment. When the upper surface layer (32) is used for brazing, it can be efficiently brazed by manufacturing it from an aluminum alloy braze. An aluminum alloy braze may be provided on the surface to be joined to the plate 9. Fig. 2 shows another example of the heat radiating fin of the present invention, in which a pin fin is used for a heat radiating portion. () Is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a partially enlarged view of the bottom plate portion 34.
The pin fins are the same as the conventional pin fins shown in FIG. 6, and the heat radiation pins 8 made of aluminum are integrated with the bottom plate portion 34 and stand regularly.

【0051】(c)に示すように底板34は、図1の放
熱フィンと同様に上下面部がアルミニウム層36、37
が設けられている。
As shown in (c), the bottom plate 34 has aluminum layers 36 and 37 on the upper and lower surfaces in the same manner as the radiation fins in FIG.
Is provided.

【0052】チップからの熱による放熱フィンの温度上
昇は底板部で大きく、放熱部では根本から先端に向かっ
て温度は低下していく。そのため、放熱部の底板部の線
膨張におよぼす影響は小さく、底板部の線膨張係数は底
板部を構成する各金属の厚さと線膨張係数によってほぼ
決まると考えてよい。すなわち、図2(c)では、底板
部の上下面部層36、37の厚さの合計(td+te)と
線膨張係数、低膨張材金属35の厚さtc と線膨張係数
によって底板部34の下面部に平行な方向の線膨張係数
が調整できる。
The temperature rise of the radiating fin due to the heat from the chip is large at the bottom plate portion, and the temperature of the radiating portion decreases from the root to the tip at the radiating portion. Therefore, the influence of the heat radiating portion on the linear expansion of the bottom plate portion is small, and it can be considered that the linear expansion coefficient of the bottom plate portion is substantially determined by the thickness and the linear expansion coefficient of each metal constituting the bottom plate portion. That is, in FIG. 2C, the total thickness (td + te) of the upper and lower surface layers 36 and 37 of the bottom plate portion, the coefficient of linear expansion, the thickness tc of the low expansion material metal 35 and the coefficient of linear expansion indicate the lower surface of the bottom plate portion 34. The linear expansion coefficient in the direction parallel to the part can be adjusted.

【0053】なお、td、teの大小関係は、温度上昇時
に底板部にチップを破壊するような反り変形が生じない
ように調整される。底板部の反り変形に放熱部が影響し
ない場合にはtd=teでよい。
Note that the magnitude relationship between td and te is adjusted so that the bottom plate does not warp and deform when the temperature rises. If the heat radiation portion does not affect the warpage of the bottom plate, td = te may be used.

【0054】図3は、本発明の放熱フィンを製造する一
方法を説明するための図である。ピンフィンの高さに相
当する厚さtaのアルミニウム38と低膨張金属39と
アルミニウムの三層からなるクラッド材を製造し、アル
ミニウム38を切削加工によりピン状や板状の放熱部を
形成することにより放熱フィンを製造することができ
る。
FIG. 3 is a view for explaining one method of manufacturing the heat radiation fin of the present invention. By manufacturing a clad material composed of three layers of aluminum 38, a low expansion metal 39, and aluminum having a thickness ta corresponding to the height of the pin fins, and forming a pin-shaped or plate-shaped heat radiation portion by cutting the aluminum 38. A radiation fin can be manufactured.

【0055】[0055]

【実施例】 (実施例1)図3は、本実施例に用いた放熱部がピンか
らなる放熱フィンの素材であるクラッド板を示す図であ
る。
Embodiment 1 FIG. 3 is a view showing a clad plate used in the present embodiment, in which a heat radiating portion is a material of a heat radiating fin composed of a pin.

【0056】図3に示すように、この素材は上層、中間
層および下層の三層からなるクラッド板で、上層38お
よび下層40がJISH4000規定の3003アルミニウム合金、
中間層39がスーパーインバー合金(36Ni−4Co
−Fe)からなる。各層の厚さは以下の通りである。
As shown in FIG. 3, this material is a clad plate comprising three layers, an upper layer, an intermediate layer and a lower layer. The upper layer 38 and the lower layer 40 are made of a 3003 aluminum alloy specified by JISH4000.
The intermediate layer 39 is made of a super Invar alloy (36Ni-4Co).
-Fe). The thickness of each layer is as follows.

【0057】 上層(アルミニユウム合金) :ta=19.15mm 中間層(スーハ゜インハ゛ー合金) :tc= 0.7mm 下層(アルミニユウム合金) :te= 0.15mm 全高さ :H=20mm この素材から切削加工により、図2に示す放熱部が横断
面正方形の全高さH=20mmの放熱フィンを製作し、つい
でアルマイト処理を施した。この放熱フィンの寸法は以
下の通りであった。
Upper layer (aluminum alloy): ta = 19.15 mm Intermediate layer (sub-inner alloy): tc = 0.7 mm Lower layer (aluminum alloy): te = 0.15 mm Total height: H = 20 mm By cutting from this material, FIG. A radiating fin having a height H = 20 mm having a square cross section and having a total height H of 20 mm was manufactured, and then subjected to an alumite treatment. The dimensions of the radiation fin were as follows.

【0058】放熱ピン(合計121本) 太さ :d1=2mm、d2=2mm、 高さ :h=19mm ピンの間隙:g1=3mm、g2=3mm底板部 上面層厚さ(アルミニユウム合金) :td=0.15mm 中間層厚さ(スーハ゜インハ゛ー合金):tc=0.7mm 下面部層厚さ(アルミニユウム合金) :te=0.15mm 平面寸法 :W1=42mm、W2=42mm この放熱フィンの底板部部34を電熱ヒータで150℃
まで加熱し、底板部下面に平行な方向の線膨張率を求め
たところ4.8×10-6/Kであった。
Heat radiating pins (total 121) Thickness: d1 = 2 mm, d2 = 2 mm, Height: h = 19 mm Gap between pins: g1 = 3 mm, g2 = 3 mm Thickness of upper surface layer of bottom plate (aluminum alloy): td = 0.15mm Intermediate layer thickness (Super Invar alloy): tc = 0.7mm Lower surface layer thickness (Aluminum alloy): te = 0.15mm Plane dimensions: W1 = 42mm, W2 = 42mm 150 ° C with electric heater
And the coefficient of linear expansion in the direction parallel to the bottom surface of the bottom plate was found to be 4.8 × 10 −6 / K.

【0059】次いで、この放熱フィンの底板部34の下
面に25mm角、厚さ0.5mmのシリコンチップを接
着し、チップに対して電熱ヒータによる150℃までの
加熱と強制空冷による20℃までの冷却を50回繰り返
した。
Next, a silicon chip of 25 mm square and 0.5 mm thickness is adhered to the lower surface of the bottom plate portion 34 of the heat radiation fin, and the chip is heated to 150 ° C. by an electric heater and 20 ° C. by forced air cooling. Cooling was repeated 50 times.

【0060】その後のチップには、亀裂は全く観察され
なかった。
No cracks were observed in the subsequent chips.

【0061】なお、この放熱フィンの重量は36.4g
で、放熱フィン全体を3003アルニウム合金で製作した場
合(重量29.6g)より約7gの増加にとどまった。 (実施例2)厚さt=0.3mmの3003アルミニウム合金薄板
を用い、図1に示すコルゲートフィン9を製作した。た
だし、山の数は9つとした。フィンの寸法は下記の通り
であった。
The weight of the heat radiation fin was 36.4 g.
Thus, the increase of the heat radiation fins was only about 7 g compared to the case where the entire heat radiation fin was made of 3003 aluminum alloy (weight 29.6 g). (Example 2) A corrugated fin 9 shown in FIG. 1 was manufactured using a 3003 aluminum alloy thin plate having a thickness t = 0.3 mm. However, the number of mountains was nine. The dimensions of the fin were as follows.

【0062】 ピッチ:p=4.2mm 間隙 :g=1.8mm 高さ :h=8.3mm 厚さ :t=0.3mm 底板部として、厚さtc=1.0mmのインバー合金(36N
i−Fe)層と厚さte´=0.3mmの3003アルミニウム合
金層とtd´=0.1mmのJISZ3263規定のアルミニウム合金
ろう層を備えたクラッド板を容易し、全厚T=1.4mmの底
板に温度580℃で上記コルゲートフィンを真空ろう付け
した。
Pitch: p = 4.2 mm Gap: g = 1.8 mm Height: h = 8.3 mm Thickness: t = 0.3 mm As a bottom plate, an invar alloy (36N) having a thickness tc = 1.0 mm
The clad plate provided with an i-Fe) layer, a 3003 aluminum alloy layer having a thickness of te '= 0.3 mm, and an aluminum alloy brazing layer defined by JISZ3263 having a thickness of td' = 0.1 mm can be easily formed into a bottom plate having a total thickness of T = 1.4 mm. The corrugated fin was vacuum brazed at a temperature of 580 ° C.

【0063】このようにして、平面寸法W1=40mm、W2=
40mm、全高H=9.7mmのコルゲートフィンを備えた放熱フ
ィンを製作し、アルマイト処理を施した。
Thus, the plane dimensions W1 = 40 mm, W2 =
A heat radiation fin having a corrugated fin having a height of 40 mm and a total height H of 9.7 mm was manufactured and subjected to anodizing.

【0064】この放熱フィンの底板を電熱ヒータで15
0℃まで加熱し、底板部下面に平行な方向の線膨張率を
求めたところ4.1×10-6/Kであった。
The bottom plate of the radiating fins is
After heating to 0 ° C., the coefficient of linear expansion in the direction parallel to the bottom surface of the bottom plate was found to be 4.1 × 10 −6 / K.

【0065】次いで、この放熱フィンの底板部に、25
mm角、厚さ0.5mmのシリコンチップを接着し、チ
ップに対して電熱ヒータによる150℃までの加熱と強
制空冷による20℃までの冷却を50回繰り返した。
Next, the bottom plate of the radiating fin is
A silicon chip having a square shape of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm was adhered, and heating to 150 ° C. by an electric heater and cooling to 20 ° C. by forced air cooling were repeated 50 times.

【0066】その後のチップには亀裂は全く観察されな
かった。
No cracks were observed in the subsequent chips.

【0067】なお、この放熱フィンの重量は15.1g
で、全体を3003アルニウム合金で製作した場合(重量
6.2g)より約9gの増加にとどまった。
The weight of the radiation fin was 15.1 g.
Therefore, the increase was only about 9 g from the case where the whole was made of a 3003 aluminum alloy (weight 6.2 g).

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明のアルミニウムと低線膨張金属を
組み合わせたクラッド板を底板部とした放熱フィンは、
底板部とチップの線膨張率の違いによる使用中のチップ
の破壊が発生しないのでシリコンチップに直接接着する
ことができ、放熱性に優れている。 また、チップ面を
パッケージから露出させ、そこに放熱フィンを直接接着
することが可能となるので、パッケージを簡単な構造で
かつ小型化することができる。放熱部が塑性加工あるい
は切削加工が容易でかつ軽量なアルミニウムであるの
で、放熱性能に優れた形状を自由に設定することができ
る。さらに、チップからの熱が効率的に放熱フィンに伝
えられるので、放熱フィンの冷却性能を十分に発揮させ
ることができる。その結果として、放熱フィン自体を小
型化することもできる。チップの集積度の向上とそれに
ともなう発熱量の増加の中で、電子機器は今後ますます
小型化、軽量化していかざるを得ない。このようなニー
ズに対して、本発明の放熱フィンは大いなる効果を奏す
るものである。
According to the present invention, the radiating fin having the bottom plate portion of the clad plate obtained by combining the aluminum and the low linear expansion metal,
Since there is no breakage of the chip during use due to the difference in the coefficient of linear expansion between the bottom plate and the chip, the chip can be directly bonded to the silicon chip and has excellent heat dissipation. In addition, since the chip surface can be exposed from the package and the radiation fins can be directly bonded to the chip surface, the package can be simplified and reduced in size. Since the heat radiating portion is made of aluminum, which is easy to perform plastic working or cutting and is lightweight, a shape excellent in heat radiating performance can be freely set. Further, since the heat from the chip is efficiently transmitted to the radiation fins, the cooling performance of the radiation fins can be sufficiently exhibited. As a result, the radiation fin itself can be reduced in size. With the increase in the degree of integration of chips and the resulting increase in the amount of heat generated, electronic devices must be further reduced in size and weight in the future. The radiation fin of the present invention has a great effect on such needs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の放熱フィンの一例を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a heat radiation fin of the present invention.

【図2】本発明の他の例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing another example of the present invention.

【図3】放熱フィンを製造する素材の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a material for manufacturing a radiation fin.

【図4】従来の放熱フィンを使用しないプラスチック製
BGAパッケージの図である。
FIG. 4 is a view of a conventional plastic BGA package without using a radiation fin.

【図5】従来のチャンネル型放熱フィンの図である。FIG. 5 is a view of a conventional channel-type radiation fin.

【図6】従来のピン型放熱フィンの図である。FIG. 6 is a view of a conventional pin-type heat radiation fin.

【図7】コルゲート型放熱フィンの図FIG. 7 is a view of a corrugated heat radiation fin.

【図8】プラスチック製BGAパッケージに従来の放熱
フィンを取付けた図である。
FIG. 8 is a view in which a conventional heat radiation fin is attached to a plastic BGA package.

【図9】プラスチック製BGAに従来の放熱フィンを取
付けた他の例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing another example in which a conventional radiating fin is attached to a plastic BGA.

【図10】ヒートシンク放熱フィンをパッケージに直接
取り付けたBGAパッケージの概念図を示す図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram of a BGA package in which heat sink fins are directly attached to a package.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、12、13、17、20、21、 エポキシ樹脂板 2 チップ 4 半田ボール 5 ボンディングワイヤ 6 放熱板 7 底板部 8 放熱ピン 9 コルゲートフィン 14、16、22、28 接着層 15 サーマルピア 19 ヒートスプレッダ 24 サーマルコンパウンド 25 パッケージ 1, 11, 12, 13, 17, 20, 21, Epoxy resin plate 2 Chip 4 Solder ball 5 Bonding wire 6 Heat sink 7 Bottom plate 8 Heat sink pin 9 Corrugated fin 14, 16, 22, 28 Adhesive layer 15 Thermal pier 19 Heat spreader 24 Thermal compound 25 Package

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平板状の底板部と、その片面に設けられた
放熱部とを有するヒートシンク放熱フィンであって、放
熱部がアルミニウムからなり、平板状の底板部はアルミ
ニウム層と低線膨張係数の金属層とを備えたクラッド板
であり、少なくとも底板部の下面部がアルミニウム層に
なっていることを特徴とするヒートシンク放熱フィン。
A heat sink fin having a flat bottom plate portion and a heat radiating portion provided on one surface thereof, wherein the heat radiating portion is made of aluminum, and the flat bottom plate portion has an aluminum layer and a low linear expansion coefficient. A heat dissipating fin, wherein at least the lower surface of the bottom plate is an aluminum layer.
JP8276117A 1996-10-18 1996-10-18 Heat sink radiation fin Pending JPH10125831A (en)

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